2023年2月13日，美国科学院院刊《Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America》发表了我校野生动物与自然保护地学院杨仕隆教授研究团队的题为“A thermal receptor for nonvisual sunlight detection in myriapods ”的研究论文，该研究发现了一种新型的热敏感离子通道，破译了一种依赖温度敏感受体的间接感光机制。

动物的温度敏感受体能够响应外界和动物体自身温度变化。2021年诺贝尔生理学或医学奖授予了温度敏感受体TRP离子通道的发现者David Julius教授。TRP是一类同源四聚体离子通道，该超家族中发挥温度感受器功能的成员被称为ThermoTRP，包括典型的热敏感受体TRPV1和冷敏感受体TRPM8。当温度发生改变时，神经元细胞膜上的ThermoTRP能够瞬时响应温度刺激，由关闭态变为开放态，介导阳离子内流并介导动作电位的产生。因此，ThermoTRP是动物体建立温度感知的初级受体。有趣的是，在动物从低等向高等进化的历程中，部分ThermoTRP出现时间非常晚（譬如在陆生脊椎动物中才进化出TRPM8），部分ThermoTRP的温度敏感性具有很强的物种特异性（譬如小鼠TRPA1为低温激活，爬行动物TRPA1为高温激活）。这些现象提示，除了ThermoTRP以外，一些动物可能还存在其他建立温度感知的初级受体，即新型温度敏感受体，而这些受体或许还能够参与响应外界和自身温度变化之外的其他生命过程。

近年来，东北林业大学杨仕隆教授团队在理解动物生存适应策略方面取得了一系列的进展(PNAS 2013/2019/2020a,b/2022; Nat Commun 2015/2019/2020; Curr Biol 2021; Sci Adv 2017/2020; PloS Biol 2018; Natl Sci Rev 2018等)，尤其对动物响应生物信号（动物毒素、植物化合物）和非生物信号（温度、光、声波）的物质基础及其适应性进化进行了深入探讨。

最近，该团队联合浙江大学杨帆教授课题组推进新型温度敏感受体的发现工作，试图在除ThermoTRP以外的蛋白质中发现能够直接被温度激活的受体。研究人员以少棘蜈蚣的触角作为研究对象，发现少棘蜈蚣触角对外界热刺激非常敏感，且能瞬即响应超过32 °C的高温并做出回避的行为，但其触角的转录本中并未发现已知的温度敏感受体（包括ThermoTRP）。这些现象提示了该物种触角中可能存在新型的温度敏感受体。

研究人员进而对触角神经元进行了记录，发现只有在蜈蚣体液的生理pH下（pH6.1），超过32°C的高温则能使神经元产生钙荧光信号显著增强，而中性环境并未出现类似反应。这些结果表明介导触角热敏感的初级受体是一种依赖氢离子的热激活离子通道。为了识别这种离子通道，研究人员应用AlphaFold 2软件对触角表达的蛋白编码基因进行了结构预测，从中筛选出可能形成跨膜结构域或多聚体基因序列并且构建真核表达质粒进行功能检验，发现一个与表皮钠通道ENaC超家族成员（与已知的一个ENaC成员具有22%的序列同源性基因序列）能够重现氢离子依赖的热激活功能。有趣的是，已知的ENaC成员无一能够被温度激活，说明在动物适应性进化过程中，该未知成员通过结构功能的调节获得了直接被温度激活的能力，可能参与了某种特殊的生命过程。在分子水平的功能方面，该离子通道处于蜈蚣生理pH条件时（pH6.1）能被高于32°C温度激活，并在48°C时达到最大激活程度。因其温度响应区间远超已知的所有温度敏感受体，研究人员将该通道命名为宽域温度敏感ENaC受体1（the broad-range thermal receptor 1, BRTNaC1）。荧光原位杂交的结果表明，BRTNaC1与神经元marker基因共定位于触角下层的初级神经元上，提示BRTNaC1能够直接介导神经元热敏感的动作电位产生，传递外界高温信号。

除了能够直接被温度激活外，研究人员发现离子通透性是BRTNaC1与已知ENaC成员的另一个不同点。BRTNaC1是一个非选择性的阳离子通道，能够通透多种一价和二价阳离子。而已知ENaC成员通常仅透过钠和氢在内的少数阳离子。研究人员进一步通过点突变实验揭示了BRTNaC1热激活依赖氢离子的机理，即BRTNaC1上217位天冬氨酸和218位谷氨酸位点在低pH环境中发生质子化，而这种质子化是该通道能够直接被热激活的必要条件。研究人员还通过药物筛选获得了BRTNaC1的抑制剂—睾酮，应用药理学手段对BRTNaC1进行功能干预，使得触角对32-44°C范围的高温响应极大减弱。更为有趣的是，虽然BRTNaC1不能被光直接激活，睾酮的注射却使少棘蜈蚣丧失了对阳光的躲避行为。那么，光照是否在触角表面产生了足够的热量并激活BRTNaC1呢？通过定量光热分析，研究人员发现这种触角表面是一种高效的光热生物材料，可在极短的时间吸收光能并实现高速的热量转化。其温度的快速提升（10秒内上升8摄氏度）足以激活触角内的BRTNaC1，使动物能够对阳光照射产生回避行为。

综上所述，该研究识别了一种新型热敏受体BRTNaC1，并对其分子机制和生理学功能进行了探讨（图1）：1）BRTNaC1是一种具有较宽温度敏感范围的非选择性阳离子通道；2）BRTNaC1的热激活依赖氢离子对第217和218氨基酸位点的质子化；3）BRTNaC1是多足纲动物感受温度的初级受体；4）BRTNaC1可能参与了多足纲动物的非视觉感光过程。这些结果拓展了我们对ENaC超家族功能的理解，深化了对动物温度感知机理的认识，完善了动物响应非生物信号的理论。

图1.BRTNaC1拓扑结构示意图及其温度响应区间

东北林业大学杨仕隆教授、王云飞副教授和浙江大学杨帆教授为该论文的共同通讯作者，东北林业大学姚志豪博士研究生、袁立成硕士研究生、浙江大学陈晓莹博士研究生为该论文的共同第一作者。该研究得到了国家自然科学基金委、黑龙省科技厅、国家林业和草原局等项目的支持。